Заход на посадку в условиях обледенения
Обновлено: 05.10.2024
Обледенение воздушного судна относится к числу опасных для полетов метеорологических явлений.
Несмотря на то, что современные самолеты и вертолеты оборудованы противообледенительными системами, при обеспечении безопасности полетов постоянно приходится считаться с возможностью отложения льда на ВС в полете.
Для правильного применения средств борьбы с обледенением и рациональной эксплуатации противообледенительных систем необходимо знать особенности процесса обледенения ВС в разных метеорологических условиях и при различных режимах полета, а также иметь достоверную прогностическую информацию о возможности обледенения. Особое значение прогноз этого опасного метеорологического явления имеет для легкомоторных самолетов и для вертолетов, которые менее защищены от обледенения, чем крупные самолеты.
Условия обледенения воздушных судов
Обледенение возникает при столкновении переохлажденных водяных капель облака, дождя, мороси, а иногда смеси переохлажденных капель и мокрого снега, ледяных кристаллов с поверхностью воздушного судна (ВС), имеющей отрицательную температуру. Процесс обледенения ВС протекает под воздействием различных факторов, связанных, с одной стороны, с отрицательной температурой воздуха на уровне полета, наличием переохлажденных капель или кристаллов льда и с возможностью их оседания на поверхности ВС. С другой стороны, процесс отложения льда обусловлен динамикой теплового баланса на обледеневающей поверхности. Таким образом, при анализе и прогнозе условий обледенения ВС должны учитываться не только состояние атмосферы, но и особенности конструкции воздушного судна, его скорость и продолжительность полета.
Степень опасности обледенения можно оценить по скорости нарастания льда. Характеристикой скорости нарастания является интенсивность обледенения (мм/мин), т. е. толщина льда, откладывающегося на поверхности в единицу времени. По интенсивности различают обледенение слабое ( 1,0 мм/мин).
Для теоретической оценки интенсивности обледенения самолетов применяется формула:
где V—скорость полета самолета, км/ч; б — водность облака, г/м3; Е — полный коэффициент захвата; β — коэффициент намерзания; Рл — плотность льда, г/см3.
С увеличением водности интенсивность обледенения возрастает. Но так как не вся оседающая в каплях вода успевает замерзнуть (часть ее сдувается воздушным потоком и испаряется), то вводится коэффициент намерзания характеризующий отношение массы наросшего льда к массе воды, осевшей за то же время на ту же поверхность.
Скорость нарастания льда на разных участках поверхности самолета различна. В связи с этим в формулу вводится полный коэффициент захвата частиц, который отражает влияние многих факторов: профиля и размера крыла, скорости полета, размеров капель и их распределения в облаке.
При приближении к обтекаемому профилю капля подвергается воздействию силы инерции, стремящейся удержать ее на прямой линии невозмущенного потока, и силы сопротивления воздушной среды, которая препятствует отклонению капли от траектории воздушных частиц, огибающих профиль крыла. Чем крупнее капля, тем больше сила ее инерции и больше капель осаждается на поверхности. Наличие крупных капель и большие скорости обтекания приводят к возрастанию интенсивности обледенения. Очевидно, что профиль меньшей толщины вызывает меньшее искривление траекторий воздушных частиц, чем профиль большего сечения. Вследствие этого на тонких профилях создаются более благоприятные условия для осаждения капель и более интенсивного обледенения; быстрее обледеневают концы крыльев, стойки, приемник воздушного давления и т. д.
Размер капель и полидисперсность их распределения в облаке важны для оценки термических условий обледенения. Чем меньше радиус капли, тем при более низкой температуре она может находиться в жидком состоянии. Этот фактор оказывается существенным, если учесть влияние скорости полета на температуру поверхности ВС.
При скорости полета, не превышающей значений, соответствующих числу М = 0,5, интенсивность обледенения тем больше, чем больше скорость. Однако при увеличении скорости полета наблюдается уменьшение оседания капель вследствие влияния сжимаемости воздуха. Условия замерзания капель также изменяются под влиянием кинетического нагрева поверхности за счет торможения и сжатия воздушного потока.
Для расчета кинетического нагрева поверхности самолета (в сухом воздухе) ΔTкин.с применяются следующие формулы:
В этих формулах Т — абсолютная температура окружающего сухого воздуха, К; V — скорость полета самолета, м/с.
Однако эти формулы не позволяют корректно оценить условия обледенения при полете в облаках и атмосферных осадках, когда повышение температуры в сжимающемся воздухе происходит по влажноадиабатическому закону. В этом случае часть тепла расходуется на испарение. При полете в облаках и атмосферных осадках кинетический нагрев меньше, чем при полете с той же скоростью в сухом воздухе.
Для расчета кинетического нагрева в любых условиях следует применять формулу:
где V — скорость полета, км/ч; Yа — сухоадиабатический градиент в случае полета вне облаков и влажноадиабатический градиент температуры при полете в облаках.
Так как зависимость влажноадиабатического градиента от температуры и давления имеет сложный характер, то для расчетов целесообразно использовать графические построения на аэрологической диаграмме или пользоваться данными таблицы, достаточными для ориентировочных оценок. Данные этой таблицы относятся к критической точке профиля, где вся кинетическая энергия переходит в тепловую.
| Условия полета | V полета | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | |
| Вне облаков | 0,4 | 1,6 | 3,5 | 6,2 | 9,6 | 13,9 | 19,0 | 24,6 | 31,2 | 38,7 |
| В облаках | 0,2 | 0,9 | 2,1 | 3,7 | 5,8 | 8,3 | 11,4 | 14,8 | 18,8 | 23,2 |
Кинетический нагрев различных участков поверхности крыла неодинаков. Наибольший нагрев у передней кромки (в критической точке), по мере приближения к задней части крыла нагрев уменьшается. Расчет кинетического нагрева отдельных частей крыла и боковых частей самолета может быть осуществлен путем умножения полученного значения ΔTкин на коэффициент восстановления Rв. Этот коэффициент принимает значения 0,7, 0,8 или 0,9 в зависимости от рассматриваемого участка поверхности самолета. Вследствие неравномерного нагрева крыла могут создаться условия, при которых на передней кромке крыла — положительная температура, а на остальной части крыла температура отрицательная. При таких условиях на передней кромке крыла обледенения не будет, а на остальной части крыла возникнет обледенение. В этом случае условия обтекания крыла воздушным потоком существенно ухудшаются, нарушается его аэродинамика, что может привести к потере устойчивости ВС и создать предпосылку к авиационному происшествию. Поэтому при оценке условий обледенения в случае полета с большими скоростями обязательно проводится учет кинетического нагрева.
Для этих целей можно использовать следующий график.
Здесь по оси абсцисс отложена скорость полета самолета, по оси ординат — температура окружающего воздуха, а изолинии в поле рисунка соответствуют температуре лобовых частей самолета. Порядок расчетов показан стрелками. Кроме того, приведена пунктирная линия нулевых значений температуры боковых поверхностей самолета при среднем коэффициенте восстановления къ = 0,8. Эта линия может быть использована для оценки возможности обледенения боковых поверхностей при повышении температуры передней кромки крыла выше 0°С.
Для определения условий обледенения в облаках на эшелоне полета самолета по графику оценивается температура поверхности самолета по температуре воздуха на этой высоте и скорости полета. Отрицательные значения температуры поверхности самолета свидетельствуют о возможности его обледенения в облаках, положительные — исключают обледенение.
Минимальная скорость полета, при которой обледенение возникнуть не может, также определяется по этому графику путем перемещения от значения температуры окружающего воздуха Т по горизонтали до изолинии нулевой температуры поверхности самолета и далее вниз до оси абсцисс.
Таким образом, анализ факторов, влияющих на интенсивность обледенения, показывает, что возможность отложения льда на самолете определяется в первую очередь метеорологическими условиями и скоростью полета. Обледенение поршневых самолетов зависит в основном от метеорологических условий, так как кинетический нагрев таких самолетов незначителен. При скорости полета выше 600 км/ч обледенение отмечается редко, этому препятствует кинетический нагрев поверхности самолета. Сверхзвуковые самолеты наиболее подвержены обледенению при взлете, наборе высоты, снижении и заходе на посадку.
При оценке опасности полета в зонах обледенения необходимо учитывать протяженность зон, а следовательно, и продолжительность полета в них. Примерно в 70% случаев полет в зонах обледенения продолжается не более 10 мин, однако встречаются отдельные случаи, когда продолжительность полета в зоне обледенения составляет 50—60 мин. Без применения противообледенительных средств полет, даже в случае слабого обледенения, был бы невозможным.
Особую опасность обледенение представляет для вертолетов, так как на лопастях их винтов лед нарастает быстрее, чем на поверхности самолета. Обледенение вертолетов наблюдается как в облаках, так и в осадках (в переохлажденном дожде, мороси, мокром снеге). Наиболее интенсивным является обледенение винтов вертолета. Интенсивность их обледенения зависит от скорости вращения лопастей, толщины их профиля, от водности облаков, размеров капель и от температуры воздуха. Отложение льда на винтах наиболее вероятно в диапазоне температур от 0 до —10°С.
Прогноз обледенения воздушных судов
Прогноз обледенения ВС включает определение синоптических условий и использование расчетных методов.
Синоптические условия, благоприятные для обледенения, связаны в первую очередь с развитием фронтальной облачности. Во фронтальных облаках вероятность умеренного и сильного обледенения в несколько раз больше по сравнению с внутримассовыми облаками (соответственно 51 % в зоне фронта и 18 % в однородной воздушной массе). Вероятность сильного обледенения в зонах фронтов составляет в среднем 18%. Сильное обледенение обычно отмечается в относительно узкой полосе шириной 150—200 км вблизи линии фронта у земной поверхности. В зоне активных теплых фронтов сильное обледенение наблюдается в 300—350 км от линии фронта, повторяемость его составляет 19%.
Для внутримассовой облачности характерны более частые случаи слабого обледенения (82 %). Однако во внутримассовых облаках вертикального развития может отмечаться как умеренное, так и сильное обледенение.
Как показали исследования, повторяемость обледенения в осенне-зимний период более высокая, и на разных высотах она различна. Так, зимой при полетах на высотах до 3000 м обледенение наблюдалось более чем в половине всех случаев, а на высотах более 6000 м составило лишь 20%. Летом до высот 3000 м обледенение отмечается очень редко, а при полетах выше 6000 м повторяемость обледенения превышала 60%. Подобные статистические данные могут учитываться при анализе возможности этого опасного для авиации атмосферного явления.
Кроме различия условий формирования облачности (фронтальная, внутримассовая), при прогнозе обледенения необходимо учитывать состояние и эволюцию облачности, а также характеристики воздушной массы.
Возможность обледенения в облаках в первую очередь связана с температурой окружающего воздуха Т — одним из факторов, определяющих водность облака. Дополнительную информацию о возможности обледенения несут данные о дефиците точки росы Т—Та и характере адвекции в облаках. Вероятность отсутствия обледенения в зависимости от различных сочетаний температуры воздуха Т и дефицита точки росы Тd можно оценить по следующим данным:
Сильное падение подъёмной силы из-за искажения профиля крыла — увеличение его толщины, образование различных препятствий потоку ("бугры", например), повышающих сопротивление и/или провоцирующих срыв потока с крыла. Так же, лёд повышает полётный вес самолёта, что так же, негативно сказывается на его лётных характеристиках.
Применительно к обледенению отдельных агрегатов самолёта: обледеневшие воздухозаборники могут привести к остановке двигателя; в тракт двигателя могут попасть куски льда, что может привести к разрушению двигателя. На поршневых моторах обледенение карбюратора может привести к остановке мотора. Обледенение внешних датчиков может привести к неправильным показаниям мембранно-анероидных приборов (скорость, высота, вертикальная скорость). В старые времена, когда были распространены тросовые антенны, обледенение антенны могло её порвать.
татьяна залесская
Журавлик
Экзот
Элефантерия
Сторожил
Экзот, Бывает из-за льда, но не из-за обледенения.
Если в механизмах подолгу масло не меняют и не тестируют, а самолет гоняют во влажный климат и опять на север, да в трескучие морозы, то случается, конденсат замерзает и закрылки-предкрылки не выходят как надо.
Vlaksv
Новичок
Да, все спасибо,но я наверно немного не правильно задал вопрос! Что такое обледенение и с чем его едят:
Обледенение самолета обычно происходит при полете в облаках, мокром снеге, переохлажденном дожде, тумане и мороси как при отрицательных, так и при небольших положительных температурах наружного воздуха. Обледенению подвергаются крыло, хвостовое оперение, воздухозаборники двигателей и другие выступающие части самолета. Самыми неблагоприятными формами отложения льда в полете являются: желобковый лед, барьерный лед, изморозь на земле. Сопротивление растет за счет увеличения шероховатости поверхности, увеличения сечения профилей, турбулизации потока и вынужденного увеличения угла атаки при потере скорости и подъемной силы. Подъемная сила уменьшается за счет уменьшения скоростей обтекания верхней поверхности крыла при вихреобразовании и уменьшении перепада давления под крылом и над ним. Аэродинамическое качество уменьшается во всем диапазоне летных углов атаки. Вследствие значительного уменьшения Cy max и αкрит скорость сваливания увеличивается или при грубых ошибках в пилотировании, или при сильном обледенении; Vmin доп и Vсв могут стать равными. Обледенение крыла уменьшает запас по сваливанию, увеличивает угловые скорости при сваливании самолета, снижает эффективность поперечного управления, ухудшает продольную устойчивость и управляемость. Обледенение стабилизатора гораздо опаснее, чем обледенение крыла, поскольку оно не обнаруживается по мере нарастания льда во время обычного крейсерского полета с убранными закрылками и только на режимах захода на посадку при отклонении закрылков влияние наросшего льда может проявиться резко и неожиданно для экипажа. В этом случае снос потока за крылом сильно увеличивается и отрицательный угол атаки ГО приближается к критическому, при достижении которого Yго и Mz го сильно уменьшается, появляется избыточный момент на пикирование.
Так вот вот это все нужно доказать аэродинамически с формулами и т.д. может кто помочь в этом вопросе??
Обледенение – одно из опасных для самолета атмосферных явлений, непосредственно влияющих на аэродинамические и летные характеристики, а также на характеристики устойчивости и управляемости самолета.
Ледяные отложения могут значительно изменить форму профиля крыла и горизонтального оперения, создать повышенную турбулентность и преждевременный срыв потока, который особенно опасен при полете на малых скоростях во время захода на посадку в посадочной конфигурации.
Отложение льда в полете происходит одновременно на всех поверхностях: крыле, вертикальном и горизонтальном оперении – это существенно уменьшает aкр крыла и горизонтального оперения. Сопротивление самолета при обледенении растет за счет увеличения шероховатости поверхности, увеличения сечения профилей, турбулизации потока и вынужденного увеличения угла атаки при потере скорости и подъемной силы (рис. 10.1).
Подъемная сила уменьшается за счет уменьшения скоростей обтекания верхней поверхности крыла при вихреобразовании и уменьшения перепада давления под крылом и над ним.
Аэродинамическое качество уменьшается во всем диапазоне летных углов атаки. Вследствие значительного уменьшения су max и aкр скорость сваливания увеличивается; при грубых ошибках пилотирования или сильном обледенении скорость, на которой выполняется полет, и скорость сваливания могут стать равными. Изменяются усилия на органах управления, может появиться тряска самолета или органов управления. Особенно опасно обледенение силовых установок.
Рис. 18.1. Изменение аэродинамических характеристик при обледенении самолета
Взлет на обледеневшем самолете запрещен. При взлете на обледеневшем самолете скорость на разбеге увеличивается медленно, следовательно, значительно увеличивается длина разбега. Но главная опасность заключается в том, что после отрыва самолет может стать неуправляемым и неустойчивым. Небольшие порывы ветра или движения штурвала могут вывести самолет на закритические углы атаки и вызвать срыв потока на крыле. Большой опасностью является снижение эффективности органов управления у обледеневшего самолета.
Обледенение самолета на земле намного опаснее, чем в полете, так как большая поверхность самолета подвержена ледяным отложениям. Поэтому необходимо перед выполнением полета производить удаление инея, льда и снега. Снег или лед, не удаленные с верхних поверхностей самолета, могут привести к сваливанию самолета после отрыва.
Рис. 18.2. Изменение продольного момента при обледенении самолета
Своевременные и правильные действия пилота гарантируют небольшую потерю высоты.
– отклонение закрылков в положение LDG при обледеневшем стабилизаторе,
– большая масса самолета,
– совмещение довыпуска закрылков в положение LDG с переводом самолета на снижение,
– резкие движения штурвала от себя при пилотировании.
В случае попадания в зону обледенения необходимо:
– включить обогрев ППД;
– покинуть зону обледенения (изменив высоту полета или развернув самолет для возврата в зону с более высокой температурой);
– увеличить мощность во избежание обледенения воздушного винта, периодически изменять мощность;
– известить диспетчера УВД, если ожидается возникновение аварийной ситуации;
– при обледенении выдерживать скорости в диапазоне Vops ice = 118–151 узел;
– не уменьшать скорость для сохранения управляемости ниже VmСA ice = 71 узел.
Для справки. Противообледенительная обработка самолета на земле производится жидкостями TKS 80 (изготовитель Kilfrost), Compound 07, AL-5 (DTD 406B) (изготовитель Aeroshell).
Важно соблюдать рекомендованный РЛЭ порядок очистки самолета ото льда:
1. Очистить самолет от снега, пользуясь мягкой щеткой.
2. Нанести противообледенительную жидкость на обледеневшие поверхности, пользуясь пригодным для этого разбрызгивателем.
Обледенение - отложение льда на различных частях воздушного судна (слабое - при отложении льда на передней кромке крыла до 0,5 мм/мин., умеренное - от 0,5 до 1 мм/мин., сильное - более 1 мм/мин.).
При полете в условиях обледенения лед образуется на всех лобовых частях вертолета: несущем и рулевом винтах, остеклении фонарей кабин, датчиках приборов, воздухозаборниках двигателей, антеннах. Это приводит к увеличению полетной массы, существенному ухудшению аэродинамических характеристик и летных качеств, возможности помпажа, повреждения и самовыключения двигателей, ухудшению обзора, радиосвязи и точности радионавигации.
Особенности и последствия обледенения винтов:
- лопасти НВ обледеневают значительно интенсивнее фюзеляжа, ибо проходят при вращении в 3. 5 раз большее расстояние в пеpeoxлaждeнной воздушной среде. Поэтому не следует судить о степени обледенения НВ по толщине слоя льда на остеклении кабины. В результате этого возрастает уровень и изменяется частотный спектр вибраций конструкции, уменьшается скороподъемность и максимальная скорость полета, ухудшаются устойчивость, управляемость и маневренность вертолета;
- при полете с выключенной противообледенительной системой (ПОС) лопастей и температуре влажного воздуха ниже —10 °С потребная мощность может возрасти почти на 50%, что вызовет необходимость существенного изменения режима или даже прекращения полета. Вместе с тем возможности существующих ПОС по предотвращению льдообразования на лопастях ограничены, что накладывает соответствующие ограничения на условия летной эксплуатации вертолетов в осенне-зимний период. В частности, на вертолетах типа Ми-8 преднамеренные полеты в условиях обледенения при температуре
Читайте также: